EP0676594A2 - Wärmepumpen-Gebäudeheizungsanlage - Google Patents

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EP0676594A2
EP0676594A2 EP95105369A EP95105369A EP0676594A2 EP 0676594 A2 EP0676594 A2 EP 0676594A2 EP 95105369 A EP95105369 A EP 95105369A EP 95105369 A EP95105369 A EP 95105369A EP 0676594 A2 EP0676594 A2 EP 0676594A2
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EP
European Patent Office
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heat
air
heat pump
hot water
building
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP95105369A
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English (en)
French (fr)
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EP0676594A3 (de
Inventor
Raoul Miserez
+ Fink Ag Mani
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mani & Fink AG
Original Assignee
Mani & Fink AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Mani & Fink AG filed Critical Mani & Fink AG
Publication of EP0676594A2 publication Critical patent/EP0676594A2/de
Publication of EP0676594A3 publication Critical patent/EP0676594A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D5/00—Hot-air central heating systems; Exhaust gas central heating systems
    • F24D5/12—Hot-air central heating systems; Exhaust gas central heating systems using heat pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D11/00—Central heating systems using heat accumulated in storage masses
    • F24D11/02—Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps
    • F24D11/0257—Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps air heating system
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
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    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
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    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/52—Heat recovery pumps, i.e. heat pump based systems or units able to transfer the thermal energy from one area of the premises or part of the facilities to a different one, improving the overall efficiency

Definitions

  • the present invention relates to a method for operating a heat pump building heating system according to the preamble of claim 1 and a heat pump building heating system according to the preamble of claim 4.
  • the heat to be supplied to compensate for the losses is generally provided in a central boiler room and must be conducted from there to the individual rooms. This not only results in ventilation losses, but also transmission losses when the heat is transferred from the central heating system to the rooms to be heated.
  • the invention has for its object to provide an improved heat supply to a building, in particular a compact unit to cover the heat requirement to be created.
  • a fresh air stream is fed to the air heat exchanger device.
  • This can be preheated, for example, via a facade or under-roof collector, in particular solar collectors.
  • a facade or under-roof collector in particular solar collectors.
  • part of the exhaust air drawn out of the building flows in through the cracks in the windows and doors in the rooms to be heated.
  • the supply of fresh air enables the use of a recuperative double cross heat exchanger, that is to say a double cross heat exchanger, in which air is preheated by warm exhaust gases. As much as possible of the heat contained in the exhaust air flow from the building is thus first transferred to the fresh air via a passive heat exchanger.
  • the amount of heat transferred is limited by the flow resistance in the double cross-type heat exchanger, which must not be too high so that too much energy is not used to transport the exhaust air.
  • the ventilation air flow from the double cross heat exchanger is thus Although significantly colder than the exhaust air extracted from the building, it nevertheless has a noticeably higher temperature than the outside air flow fed into the heat pump.
  • the heat pumped from the outside air and ventilation air stream is first stored in a heat or buffer store, it being possible for heat to be taken from the heat store for heating the supply air stream as required.
  • a heat or buffer store it being possible for heat to be taken from the heat store for heating the supply air stream as required.
  • any type of heat accumulator in particular fluid heat accumulator, can be used, it is particularly advantageous to use a hot water boiler as the heat accumulator.
  • a domestic hot water boiler which is required anyway can be used as the hot water boiler.
  • a separate hot water boiler is avoided.
  • the entire system is further simplified in that the domestic hot water is brought to the required temperature, for example 55 ° C., without additional measures being required.
  • the heat pump therefore not only covers the transmission and ventilation losses of the building from the mixture of outside air and ventilation air flow, but also the hot water requirement in the building, for which purpose it is dimensioned accordingly.
  • an additional heater such as an electric heating cartridge is installed in the domestic hot water boiler. Due to the advantageous coupling of supply air temperature control and domestic water heating, both an undesirable drop in the room temperature and a lack of domestic hot water can be avoided in the event of a fault in the heat pump.
  • a safety circuit is advantageously switched on between the heat pump circuit and the domestic hot water boiler due to the large pressure differences.
  • a heat pump building heating system comprises an air heat exchanger device 68, a heat pump 70 connected to it with an evaporator 24, a hot water boiler acted on by the heat pump 70 via a further heat exchanger 44 and serving as a heat accumulator 38, a hot water heat exchanger 42, and three pumps 40 a, 40 b, 40 c, a pressure regulator 60 and an expansion vessel 46 and a controller 50.
  • warm exhaust air 20 is conducted from the building to be heated into a recuperative double cross-type heat exchanger 16 by means of a fan 12, to which preheated fresh air 36 is fed in particular via a facade or under-roof collector 89.
  • the double cross heat exchanger 16 is by means of a fan 14 via a hot water heat exchanger 42, tempered supply air 18 is emitted into the building and from a ventilation opening 22 a a ventilation air flow 22, which is cooled in comparison to the exhaust air 20 in the recuperative double cross heat exchanger 16, but is even warmer than the outside air, together with one from the outside an outside air duct 74 sucked in outside air flow 32 through the evaporator 24 of the heat pump 70, from which a cooled outlet air flow 52 is released into the environment.
  • FIG. 2 The structural design of this arrangement can be seen in FIG. 2. Thereafter, the ventilation air flow 22 passes through a passage 34 to the outside air flow 32, which is guided by a fan 72 through the channel 74 in the building wall 76 through the evaporator 24 of the heat pump 70.
  • the mixed air stream generated in this way which has a higher temperature than the outside air, passes through the evaporator 24 of the heat pump and then passes as a cold air stream 52 through an outlet duct 78 in the building wall 76 to the outside.
  • the heat pump 70 further comprises a compressor 26, a high-pressure pressostat or holding thermostat 28 and a condenser 30.
  • the output side of the heat pump 70 is connected via a safety circuit to the domestic hot water boiler 38 serving as a heat store and buffer store and supplies it with heat.
  • the condenser or condenser 30 of the heat pump 70 is connected to a heat exchanger 44 via lines 80, 82.
  • An expansion vessel 46 is arranged in one of the lines 80, while a pump 40 c is located in the second line 82.
  • heated fluid passes through a pressure regulator 60 and an inlet line 62 a into the upper part of the hot water boiler 38.
  • cooled fluid in particular water, returns via a return line 62 b and a pump 40 b Heat exchanger 44.
  • a pump 40 a conveys hot water through a heating supply line 64 a to the hot water heat exchanger 42, in order thus to provide for heating of the supply air flow 18.
  • the cooled fluid returns via a heating return line to the hot water boiler 38, where it enters the hot water boiler 38 through a passage opening 86 in about a third of the height of the store.
  • the hot water boiler 38 is further provided with a switch-on sensor 88 and a conventional thermometer 58 and an additional heater 48 such as an electric heating cartridge.
  • a controller 50 is provided for the desired operation of the heat pump building heating system, which receives input signals, for example from a room temperature sensor 56 and the boiler temperature sensor 86, and regulates the compressor 26 of the heat pump 70 and the pumps 40 a to 40 c as required.
  • the heat pump building heating system described above works as follows: Exhaust air 20 is led out of the building by means of the fan 12 through the double cross heat exchanger 16, into which fresh air 36 also enters. From the recuperative heat exchanger 16, pre-tempered supply air 18 b is conveyed with the fan 14 in the direction of the hot water heat exchanger 42 and, after the temperature control therein, as heated supply air 18 into the building. When the warm exhaust air 20 cools down in the recuperative double cross-type heat exchanger 16, condensation water 66 is discharged. The vented air flow emerges from the recuperative double cross heat exchanger 16 22 out, which is colder than the exhaust air flow 20. The vent air flow 22 is mixed with the cold outside air flow 32 sucked in from outside through the intake duct 74 in order to heat it.
  • the air mixture formed in this way is passed through the evaporator 24 of the heat pump 70 and then passes through the duct 78 as a cold air flow 52 back into the open.
  • the channels 78 and 74 can be kept short.
  • the heat obtained in the heat pump 70 is released to the boiler 38 at a constantly regulated temperature via the safety circuit 40 c, 44, 46, 60, 80, 82. From this, it can either be taken in the form of heated service water or fed to the hot water heat exchanger 42 for heating the preheated supply air 18 b. In this way, only one heat pump 70 is required to cover both the demand for domestic hot water and heated hot air.
  • the heat flow in the system is controlled by the controller 50 by appropriate control of the compressor 26 and the pumps 40.
  • This can also provide that the heating cartridge 48 in the domestic hot water boiler / heat storage combination device responds when necessary, for example if the heat pump 70 is faulty or it is not possible in extremely cold outside conditions to cover the heat demand of the building in other ways, although it is easy it will be possible to cover the need for domestic hot water and hot air through the special dimensions of the heat pump 70, the hot water boiler 38 and the hot water heat exchanger 42 contained in the device.
  • the heat pump building heating system thus consists on the one hand of an air heat exchanger device 68, which is composed of an inlet air and an exhaust air fan 12 and 14, a recuperative double cross heat exchanger 16 and a pipe network for exhaust air 20, supply air 18 and Fresh air 36 is composed, wherein the fresh air 36 can be supplied preheated via a facade or under-roof collector 89.
  • a heat pump 70 is built into the device, which comprises an evaporator 24, a compressor 26, a condenser 30 and a high pressure pressostat 28. The heat pump 70 draws its heat from an outside air stream 32 mixed with the venting air stream 22.
  • the heat is released to the charging circuit via a safety circuit, consisting of lines 80, 82, a pump 40 c, a heat exchanger 44 and an expansion vessel 46, which in turn consists of a holding thermostat 88, a switch-on probe 88, a pump 40 b and a heat exchanger 44.
  • This charging circuit supplies the combined domestic hot water / heat storage boiler 38 with water at a constant temperature, for example about 55 ° C. This temperature is regulated by the holding thermostat 28.
  • the heating circuit comprises a pump 40 a, the pump hot water pumps to a heat exchanger 42 located in the supply air flow 18. The pump hot water heats the supply air to the temperature level that makes it possible to cover the transmission losses of the building.
  • an electric heating cartridge 48 is provided in the hot water boiler 38. The entire system can be controlled from a central controller 50.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpen-Gebäudeheizungsanlage mit einem Luft-Wärmetauschevorrichtung (68), die Außenluft ansaugt, das Gebäude über einen Wasserwärmetauscher (42) mit temperierter Zuluft (18) versorgt, Abluft (20) daraus entnimmt und einen Entlüftungluftstrom (22) vorsieht, sowie mit einer Wärmepumpe (70), die einem ihrer Eingangsseite (24) zugeführten Außenluftstrom (32) Wärme entzieht und diese zur Aufheizung der Zuluft (18) bereitstellt. Es wird vorgeschlagen, daß der Entlüftungsstrom (22) dem Außenluftstrom (32) vor dessen Durchtritt durch die Wärmepumpe (24) zugemischt wird. <IMAGE>

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Wärmepumpen-Gebäudeheizungsanlage nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und eine Wärmepumpen-Gebäudeheizungsanlage nach dem Oberbegriff von Anspruch 4.
  • In jüngerer Zeit sind Bestrebungen unternommen worden, um den Energiebedarf von Gebäuden wie Wohnhäusern zu verringern. Ein Großteil der in einem Gebäude benötigten Energie wird zum Heizen der Räume sowie zur Aufheizung des Brauchwarmwassers benötigt. Dabei entstehen unweigerlich Wärmeverluste, insbesondere durch die Notwendigkeit, die Räume in regelmäßigen Abständen zu lüften, weil während des Lüftens warme Raumluft, etwa durch ein geöffnetes Fenster, abgeführt wird.
  • Die zum Ausgleich der Verluste zuzuführende Wärme wird im allgemeinen in einem zentralen Heizungsraum bereitgestellt und muß von dort zu den einzelnen Räumen geleitet werden. Somit entstehen nicht nur Lüftungsverluste, sondern auch Transmissionsverluste bei der Übertragung der Wärme von der zentralen Heizanlage zu den aufzuheizenden Räumen.
  • Es ist sowohl hinsichtlich der Betriebskosten als auch unter ökologischen Gesichtspunkten wünschenswert, den Energiebedarf für Lüftung, Heizung und Brauchwarmwasserversorgung von Gebäuden zu verringern. Der Verbreitung von Niedrigenergie-Häusern mit wünschenwert verringertem Energiebedarf stehen jedoch die hohen Anschaffungskosten von Haustechnikanlagen insbesondere von Wärmepumpen-Gebäudeheizungsanlagen entgegen, mit welchen der Energiebedarf eines Gebäudes auf ein wünschenswertes Maß verringert werden kann. Überdies nehmen die hierfür verwendeten Geräte so viel Platz ein, daß eine Umrüstung älterer Haustechnikanlagen aus Platzgründen nicht immer möglich ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Wärmeversorgung eines Gebäudes vorzusehen, wobei insbesondere eine kompakte Einheit zur Deckung des Wärmebedarfes geschaffen werden soll.
  • Diese Aufgabe wird mit einer Wärmepumpen-Gebäudeheizungsanlage zur Wärmeversorgung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche 1 und 4 gelöst. Dadurch, daß in die Wärme-Eingangsseite einer Wärmepumpe nicht nur ein Außenluftstrom geführt wird, dem Wärme entzogen wird, sondern erfindungsgemäß auch der aus dem beheizten Gebäude über die Luftwärmetauschervorrichtung abgezogene, noch eine höhere Temperatur als der Außenluftstrom aufweisende warme Entlüftungsstrom zugeführt wird, sinken die Wärmeverluste durch Lüftung, da ein Teil der Wärme zurückgewonnen wird, die in der Luft-Wärmetauschervorrichtung nicht auf die Frischluft übertragen werden kann. Zudem steigt aufgrund der höheren Temperatur des Wärmereservoirs, aus dem Wärme entzogen wird, der Wirkungsgrad der Wärmepumpe.
  • Vorteilhafterweise ist vorgesehen, daß der Luft-Wärmetauschervorrichtung ein Frischluftstrom zugeführt wird. Dieser kann beispielsweise über einen Fassaden- oder Unterdachkollektor, insbesondere Solarkollektoren vorgewärmt werden. Dies ist gegenüber einer Ausführung bevorzugt, bei der ein Teil der aus dem Gebäude abgezogenen Abluft durch Fenster- und Türritzen in den zu beheizenden Räumen nachströmt. Gleichzeitig ermöglicht die Zufuhr von Frischluft die Verwendung eines rekuperativen Doppelkreuzwärmetauschers, das heißt eines Doppelkreuzwärmetauschers, bei dem Luft durch warme Abgase vorgewärmt wird. Soviel wie möglich von der in dem Abluftstrom aus dem Gebäude enthaltenen Wärme wird somit zunächst über einen passiven Wärmetauscher auf die Frischluft übertragen. Die übertragene Wärmemenge ist jedoch begrenzt durch den Strömungswiderstand im Doppelkreuzwärmetauscher, der nicht zu hoch sein darf, damit für den Transport der Abluft nicht zuviel Energie verbraucht wird. Der Entlüftungsluftstrom aus dem Doppelkreuzwärmetauscher ist somit zwar deutlich kälter als die aus dem Gebäude abgezogene Abluft, weist aber dennoch eine merklich höhere Temperatur als der in die Wärmepumpe geförderte Außenluftstrom auf.
  • Vorteilhafterweise wird die aus dem Außenluft- und Entlüftungsluftstrom gepumpte Wärme zunächst in einem Wärme- bzw. Pufferspeicher gespeichert, wobei aus dem Wärmespeicher nach Bedarf Wärme zur Aufheizung des Zuluftstromes entnommen werden kann. Während prinzipiell beliebige Arten von Wärmespeichern, insbesondere Fluid-Wärmespeicher, verwendet werden können, ist es besonders vorteilhaft, einen Warmwasserboiler als Wärmespeicher zu benutzen.
  • Als Warmwasserboiler kann insbesondere ein ohnehin benötigter Brauchwarmwasserboiler verwendet werden. Auf diese Weise wird ein separater Warmwasserboiler vermieden. Weiter vereinfacht sich die gesamte Anlage dadurch, daß das Brauchwarmwasser auf die benötigte Temperatur von zum Beispiel 55°C gebracht wird, ohne daß zusätzliche Maßnahmen erforderlich sind. Die Wärmepumpe deckt somit aus dem Außenluft- und Entlüftungsluftstromgemisch nicht nur die Transmissions- und Lüftungsverluste des Gebäudes, sondern auch den Warmwasserbedarf im Gebäude, wozu sie entsprechend dimensioniert ist.
  • Weiter kann vorgesehen sein, daß im Brauchwarmwasserboiler eine Zusatzheizung wie eine Elektroheizpatrone eingebaut ist. Durch die vorteilhafte Verkopplung von Zulufttemperierung und Brauchwassererwärmung kann bei einer Störung der Wärmepumpe sowohl ein unerwünschtes Abfallen der Raumtemperatur als auch ein Fehlen von Brauchwarmwasser vermieden werden.
  • Vorteilhafterweise wird zwischen dem Wärmepumpenkreislauf und dem Brauchwarmwasserboiler aufgrund der großen Druckunterschiede ein Sicherheitskreislauf eingeschaltet.
  • Die Erfindung wird im folgenden nur beispielhaft anhand der Zeichnung erklärt. In dieser zeigen:
    • Figur 1
    ein Betriebsschema einer Wärmepumpen-Gebäudeheizungsanlage gemäß der Erfindung;
    Figur 2
    einen schematischen Längsschnitt durch einen Teil einer erfindungsgemäßen Wärmepumpen-Gebäudeheizungsanlage, in welcher ein Großteil der in Figur 1 gezeigten Komponenten untergebracht ist;
    Figur 3
    einen schematischen Horizontalschnitt im oberen Teil des in Figur 2 gezeigten Teils einer erfindungsgemäßen Wärmepumpen-Gebäudeheizungsanlage längs der Linie III-III; und
    Figur 4
    einen schematischen entsprechenden Schnitt des in Figur 2 gezeigten Teils einer erfindungsgemäßen Wärmepumpen-Gebäudeheizungsanlage längs der Linie IV-IV des Gerätes von Figur 2.
  • Nach Figur 1 umfaßt eine Wärmepumpen-Gebäudeheizungsanlage gemäß der Erfindung eine Luft-Wärmetauschervorrichtung 68, eine daran angeschlossene Wärmepumpe 70 mit einem Verdampfer 24, einen von der Wärmepumpe 70 über einen weiteren Wärmetauscher 44 beaufschlagten als Wärmespeicher 38 dienenden Warmwasserboiler, einen Warmwasserwärmetauscher 42, drei Pumpen 40 a, 40 b, 40 c, einen Druckregler 60 und ein Expansionsgefäß 46 sowie eine Steuerung 50.
  • In der Luft-Wärmetauschervorrichtung 68 wird mittels eines Ventilators 12 warme Abluft 20 aus dem zu beheizenden Gebäude in einen rekuperativen Doppelkreuzwärmetauscher 16 geführt, dem weiter insbesondere über einen Fassaden- oder Unterdachkollektor 89 vorgewärmte Frischluft 36 zugeführt wird. Aus dem Doppelkreuzwärmetauscher 16 wird mittels eines Ventilators 14 über einen Warmwasserwärmetauscher 42 temperierte Zuluft 18 in das Gebäude abgegeben sowie aus einer Entlüftungsöffnung 22 a ein Entlüftungsluftstrom 22, der im Vergleich zur Abluft 20 im rekuperativen Doppelkreuzwärmetauscher 16 abgekühlt, jedoch noch wärmer als die Außenluft ist, zusammen mit einem von außen durch einen Außenluftkanal 74 angesaugten Außenluftstrom 32 durch den Verdampfer 24 der Wärmepumpe 70 geleitet, aus dem ein abgekühlter Ausgangsluftstrom 52 in die Umgebung abgegeben wird.
  • Die bauliche Ausgestaltung dieser Anordnung entnimmt man Figur 2. Danach tritt der Entlüftungsluftstrom 22 durch einen Durchlaß 34 zu dem Außenluftstrom 32, der mittels eines Ventilators 72 durch den Kanal 74 in der Gebäudewand 76 durch den Verdampfer 24 der Wärmepumpe 70 geführt wird. Der so erzeugte Mischluftstrom, der eine höhere Temperatur als die Außenluft aufweist, tritt durch den Verdampfer 24 der Wärmepumpe und gelangt danach als Kaltluftstrom 52 durch einen Austrittskanal 78 in der Gebäudewand 76 ins Freie.
  • Die Wärmepumpe 70 umfaßt neben dem Verdampfer 24 weiter einen Kompressor 26, einen Hochdruckpressostaten bzw. Hochhaltethermostaten 28 sowie einen Kondensator 30.
  • Die Ausgangsseite der Wärmepumpe 70 ist über einen Sicherheitskreislauf an der als Wärmespeicher und Pufferspeicher dienenden Brauchwarmwasserboiler 38 angeschlossen und versorgt diesen mit Wärme. Hierzu ist der Kondensator bzw. Kondensor 30 der Wärmepume 70 über Leitungen 80, 82 mit einem Wärmetauscher 44 verbunden. In einer der Leitungen 80 ist ein Expansionsgefäß 46 angeordnet, während sich in der zweiten Leitung 82 eine Pumpe 40 c befindet. Aus dem Wärmetauscher 44 gelangt erwärmtes Fluid über einen Druckregler 60 und eine Zulauf-Leitung 62 a in den oberen Teil des Warmwasserboilers 38. Vom Boiler 38 gelangt abgekühltes Fluid, insbesondere Wasser, über eine Rücklauf-Leitung 62 b und eine Pumpe 40 b zurück zum Wärmetauscher 44.
  • Etwa auf zwei Drittel der Höhe des Warmwasser-Boilers 38 befindet sich eine Austrittsöffnung 84, von der aus eine Pumpe 40 a Warmwasser durch eine Heizungszuleitung 64 a zum Warmwasserwärmetauscher 42 fördert, um somit eine Aufheizung des Zuluftstromes 18 vorzusehen. Aus dem Warmwasserwärmetauscher 42 gelangt das abgekühlte Fluid über eine Heizungsrücklaufleitung zurück zum Warmwasserboiler 38, wo es in etwa einem Drittel der Höhe des Speichers durch eine Durchtrittsöffnung 86 in den Warmwasserboiler 38 eintritt.
  • Der Warmwasserboiler 38 ist weiter mit einem Einschalt-Sensor 88 sowie einem herkömmlichen Thermometer 58 und einer Zusatzheizung 48 wie einer Elektroheizpatrone versehen. Zum gewünschten Betrieb der Wärmepumpen-Gebäudeheizungsanlage ist eine Steuerung 50 vorgesehen, die Eingangssignale beispielsweise aus einem Raumtemperatursensor 56 und dem Boilertemperatursensor 86 empfängt und den Kompressor 26 der Wärmepumpe 70 und die Pumpen 40 a bis 40 c nach Bedarf regelt.
  • Wie die Figuren 2, 3 und 4 zeigen, können die in Figur 1 dargestellten Komponenten mit Ausnahme des bis zu beispielsweise 600 l fassenden Warmwasserboilers 38 und der erforderlichen Zuleitungen auf vorteilhafte Weise in einer Baueinheit 10 zusammengefaßt werden.
  • Die vorstehend beschriebene Wärmepumpen-Gebäudeheizungsanlage arbeitet wie folgt:
    Aus dem Gebäude wird Abluft 20 mittels des Ventilators 12 durch den Doppelkreuzwärmetauscher 16 geführt, in den auch Frischluft 36 eintritt. Aus dem rekuperativen Wärmetauscher 16 wird mit dem Ventilator 14 vortemperierte Zuluft 18 b in Richtung auf den Warmwasserwärmetauscher 42 und nach der darin erfolgenden Temperierung als aufgeheizte Zuluft 18 in das Gebäude gefördert. Bei der Abkühlung der warmen Abluft 20 im rekuperativen Doppelkreuzwärmetauscher 16 entstehendes Kondenswasser 66 wird abgeführt. Aus dem rekuperativen Doppelkreuzwärmetauscher 16 tritt der Entlüftungsluftstrom 22 aus, der kälter als der Abluftstrom 20 ist. Der Entlüftungsluftstrom 22 wird mit dem von außen durch den Ansaugkanal 74 angesaugten kalten Außenluftstrom 32 gemischt, um diesen zu erwärmen. Die so gebildete Luftmischung wird durch den Verdampfer 24 der Wärmepumpe 70 geführt und gelangt danach durch den Kanal 78 als Kaltluftstrom 52 wieder ins Freie. Durch die Anordnung des Gerätes 10 nahe der Gebäudewand 76 können die Kanäle 78 und 74 kurz gehalten werden.
  • Die in der Wärmepumpe 70 gewonnene Wärme wird über den Sicherheitskreislauf 40 c, 44, 46, 60, 80, 82 mit einer konstant geregelten Temperatur an den Boiler 38 abgegeben. Hieraus kann sie entweder in der Form erwärmten Brauchwassers entnommen werden oder zur Aufheizung der vortemperierten Zuluft 18 b dem Warmwasserwärmetauscher 42 zugeführt werden. Auf diese Weise ist nur eine Wärmepumpe 70 erforderlich, um sowohl den Bedarf an Brauchwarmwasser als auch an beheizter Warmluft zu decken.
  • Der Wärmefluß in der Anlage wird durch entsprechende Steuerung des Kompressors 26 und der Pumpen 40 von der Steuerung 50 geregelt. Diese kann auch vorsehen, daß die Heizpatrone 48 im Brauchwarmwasserboiler/Wärmespeicher-Kombinationsgerät bei Bedarf anspricht, etwa wenn die Wärmepumpe 70 gestört ist oder es bei extrem kalten Außenbedingungen nicht möglich ist, den Wärmebedarf des Gebäudes auf andere Weise zu decken, obwohl es ohne weiteres möglich sein wird, durch die spezielle Dimensionierung der im Gerät enthaltenen Wärmepumpe 70, des Warmwasserboilers 38 und des Warmwasserwärmetauschers 42 den Bedarf an Brauchwarmwasser und Warmluft zu decken.
  • Zusammenfassend besteht die Wärmepumpen-Gebäudeheizungsanlage somit zum einen aus einer Luftwärmetauschervorrichtung 68, die sich aus einem Zuluft- und einem Abluftventilator 12 und 14, einem rekuperativen Doppelkreuzwärmetauscher 16 und einem Rohrnetz für Abluft 20, Zuluft 18 und Frischluft 36 zusammensetzt, wobei die Frischluft 36 über einen Fassaden- oder Unterdachkollektor 89 vorgewärmt zugeführt werden kann. Um die anfallenden Lüftungsverluste und Transmissionsverluste im Gebäude und den Warmwasserbedarf zu decken, ist in das Gerät eine Wärmepumpe 70 eingebaut, die einen Verdampfer 24, einen Kompressor 26, einen Kondensator 30 und einen Hochdruckpressostaten 28 umfaßt. Die Wärmepumpe 70 bezieht ihre Wärme aus einem mit dem Entlüftungsluftstrom 22 gemischten Außenluftstrom 32. Die Wärme wird über einen Sicherheitskreislauf, bestehend aus Leitungen 80, 82, einer Pumpe 40 c, einem Wärmetauscher 44 und einem Expansionsgefäß 46 an den Ladekreislauf abgegeben, der wiederum aus einem Hochhaltethermostaten 88, einer Einschaltsonde 88, einer Pumpe 40 b und einem Wärmetauscher 44 besteht. Dieser Ladekreislauf versorgt den kombinierten Brauchwarmwasser/Wärmespeicherboiler 38 mit Wasser von einer konstanten Temperatur, beispielsweise etwa 55°C. Diese Temperatur wird durch den Hochhaltethermostaten 28 geregelt. Der Heizkreislauf umfaßt eine Pumpe 40 a, die Pumpenwarmwasser zu einem im Zuluftstrom 18 gelegenen Wärmetauscher 42 pumpt. Mit dem Pumpenwarmwasser wird die Zuluft auf das Temperaturniveau geheizt, das es ermöglicht, die Transmissionsverluste des Gebäudes zu decken. Um auch bei einer Störung der Wärmepumpe 70 eine ausreichende Brauchwassererwärmung aufrechtzuerhalten, ist eine Elektroheizpatrone 48 im Warmwasserboiler 38 vorgesehen. Dabei kann die ganze Anlage von einer zentralen Steuerung 50 aus geregelt werden.
    • Bezugszeichenliste
    • 10
    Baueinheit
    12
    Ventilator
    14
    Ventilator
    16
    Doppelkreuzstromwärmetauscher
    18
    Zuluft
    18 b
    vortemperierte Zuluft
    20
    Abluft
    22
    Entlüftungsstrom
    24
    Eingangsseitiger Wärmepumpen-Verdampfer
    26
    Kompressor
    28
    Hochhaltethermostat
    30
    Kondensator
    32
    Außenluftstrom
    34
    Durchlaß
    36
    Frischluft
    38
    Warmwasserboiler
    40a,b,c,
    Pumpen
    42
    Warmwasserwärmetauscher
    44
    Wärmetauscher im Sicherheitskreislauf
    46
    Expansionsgefäß
    48
    Elektrische Zusatzheizpatrone
    50
    Steuerung
    52
    Kaltluft-Ausgangsstrom
    54
    Gebäudewand
    56
    Raumtemperatursensor
    58
    Boilertemperaturanzeige
    60
    Druckregler
    62 a
    Einlaufleitung
    62 b
    Rücklaufleitung
    64 a
    Heizungseinlauf
    64 b
    Heizungsrücklauf
    66
    Kondenswasserauslaß
    68
    Luft-Wärmetauschervorrichtung
    70
    Wärmepumpe
    72
    Ventilator
    74
    Eintrittskanal
    78
    Austrittskanal
    80, 82
    Leitungen
    84
    Boiler - Auslaßöffnung zur Heizung
    86
    Boiler - Durchlaß von Heizung
    88
    Boilersensor
    89
    Fassaden- oder Unterdach-Kollektor

Claims (10)

  1. Verfahren zum Betrieb einer Wärmepumpen-Gebäudeheizungsanlage mit einer Luft-Wärmetauschvorrichtung (68), die Außenluft ansaugt, das Gebäude über einen Wärmetauscher (42) mit temperierter Zuluft (18) versorgt, Abluft (20) aus dem Gebäude entnimmt und einen Entlüftungstrom (22) abgibt,
    einer Wärmepumpe (70), die einem ihrer Eingangsseite (24) zugeführten Außenluftstrom (32) Wärme entzieht und diese zur Aufheizung der Zuluft (18) bereitstellt,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der Entlüftungsluftstrom (22) dem Außenluftstrom (32) vor dessen Durchtritt durch die Wärmepumpe (24) zugemischt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die aus dem Außenluftstrom (32) entzogene Wärme zunächst in von ihr erwärmtem Brauchwarmwasser gespeichert wird und mittels des erwärmten Wassers nach Bedarf die Zuluft aufgeheizt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    das erwärmte Wasser auch als Brauchwasser verwendet wird.
  4. Wärmepumpen-Gebäudeheizungsanlage mit einer Luft-Wärmetauschvorrichtung (68), die Außenluft ansaugt, das Gebäude über einen Wärmetauscher (42) mit temperierter Zuluft (18) versorgt, Abluft (20) aus dem Gebäude entnimmt und einen Entlüftungluftstrom (22) abgibt, einer Wärmepumpe (70), die einem ihrer Eingangsseite (24) zugeführten Außenluftstrom (32) Wärme entzieht und diese zur Aufheizung der Zuluft (18) bereitstellt,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der Entlüftungsstrom (22) dem Außenluftstrom (32) vor dessen Durchtritt durch die Wärmepumpe (24) zugemischt ist.
  5. Wärmepumpen-Gebäudeheizungsanlage nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Luft-Wärmetauschervorrichtung (68) mit einer Frischluftzufuhr (36) für vorzugsweise vorgewärmte Frischluft von außen und einem rekuperativen Doppelkreuzwärmetauscher (16) versehen ist, in den einerseits die Frischluft (36) und die Abluft (20) eintreten und aus dem andererseits die Zuluft (18) und der Entlüftungsluftstrom (22) austreten, und daß eine Verbindung zwischen dem Doppelkreuzwärmetauscher-Entlüftungsluftstromaustritt (22 a) und einem Mischer (34) für Entlüftungsluft und angesaugte Außenluft vorgesehen ist.
  6. Wärmepumpen-Gebäudeheizungsanlage nach Anspruch 4 oder 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    ein von der Wärmepumpe (70) mit Wärme beaufschlagter und diese in einem Fluid speichernder Boiler (38), insbesondere Warmwasserboiler (38), vorgesehen ist, aus dem Wärme zur Aufheizung des Zuluftstromes über einen Wärmetauscher (42), insbesondere Wärmetauscher (42) entnommen werden kann.
  7. Wärmepumpen-Gebäudeheizungsanlage nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    erwärmtes Fluid, insbesondere Warmwasser, aus dem Boiler (38) über eine Pumpe (40 a) zum Wärmetauscher (42) geführt wird.
  8. Wärmepumpen-Gebäudeheizungsanlage nach Anspruch 6 oder 7, mit einem Wasserboiler (38) als Wärmespeicher,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der Warmwasserboiler (38) gleichzeitig als Brauchwarmwasserboiler ausgebildet und verwendet ist und das Fluid auf die benötigte Brauchwarmwassertemperatur erwärmtes Brauchwarmwasser ist.
  9. Wärmepumpen-Gebäudeheizungsanlage nach einem der Ansprüche 6, 7 oder 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    zwischen den Boiler (38) und die insbesondere aus einem Verdampfer (24), Kompressor (26), Hochhaltethermostat (28) und Kondenser (30) gebildete Wärmepumpe (70) ein insbesondere aus einer Pumpe (40 c), einem Wärmetauscher (44) und einem Expansionsgefäß (46) gebildeter Sicherheitskreislauf geschaltet ist.
  10. Wärmepumpen-Gebäudeheizungsanlage nach einem der Ansprüche 6, 7 oder 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    im Warmwasserboiler (38) eine Zusatzheizung (48), insbesondere eine elektrische Heizpatrone, angebracht ist.
EP95105369A 1994-04-08 1995-04-10 Wärmepumpen-Gebäudeheizungsanlage. Withdrawn EP0676594A3 (de)

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